[发明专利]一种具有优良场发射性能的石墨烯/金刚石复合膜及其制备方法

权利要求书

1.一种具有优良场发射性能的石墨烯/金刚石复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）在衬底上制备金刚石薄膜；

（2）在步骤（1）得到的金刚石薄膜中表面生长一层100-600nm的Ni薄膜；

（3）将步骤（2）得到的表面生长有Ni薄膜的金刚石膜在Ar和H₂混合气氛中升温至800~1000℃，并保温20-80 min，金刚石膜中的碳原子在Ni层中溶解；

（4）将经步骤（3）处理的金刚石膜以0.5~1℃/s的速度降至室温，碳原子析出到表面重结晶而形成石墨烯，得到石墨烯/金刚石复合膜。

2.根据权利要求1所述的具有优良场发射性能的石墨烯/金刚石复合膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中金刚石薄膜采用微波等离子体化学气相沉积方法、热丝化学气相沉积方法、直流电弧等离子体喷射化学气相沉积方法中的任一种制备而成。

3.根据权利要求1所述的具有优良场发射性能的石墨烯/金刚石复合膜的制备方法，其特征在于：所述衬底为单晶硅、碳化硅、钼、碳化硅中的一种。

4.根据权利要求1所述的具有优良场发射性能的石墨烯/金刚石复合膜的制备方法，其特征在于：所述金刚石薄膜为微米金刚石薄膜或超纳米金刚石薄膜。

5.根据权利要求4所述的具有优良场发射性能的石墨烯/金刚石复合膜的制备方法，其特征在于：微米金刚石薄膜的制备方法如下：采用化学气相沉积设备，以纯度为99.999%的H₂和纯度为99.9%的CH₄为反应气体，沉积温度为750~950℃，沉积时间为10~100h，制备得到厚度为5~100μm的微米金刚石薄膜。

6.根据权利要求4所述的具有优良场发射性能的石墨烯/金刚石复合膜的制备方法，其特征在于：超纳米金刚石薄膜的制备方法如下：采用化学沉积设备，以纯度为99.999%的Ar和H₂及纯度为99.9%的CH₄为反应气体，沉积温度为750~950℃，沉积时间为2~10 h，制备得到厚度为200 nm~5000nm的超纳米金刚石薄膜。

7.根据权利要求1所述的具有优良场发射性能的石墨烯/金刚石复合膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述Ni薄膜的生长方法为磁控溅射、离子束辅助沉积或电子蒸发中的一种。

8.根据权利要求1所述的具有优良场发射性能的石墨烯/金刚石复合膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，将表面生长有Ni薄膜的金刚石膜升温至800~1000℃的时间是25-50 min；所述Ar和H₂混合气氛中二者的体积比为95:5。

9.根据权利要求1所述的具有优良场发射性能的石墨烯/金刚石复合膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中形成的石墨烯为单层、双层或多层。

10.一种采用权利要求1~9任一项所述的制备方法得到的石墨烯/金刚石复合膜。